ABAISSER LES TEMPÉRATURES, UNE CLÉ DE LA DÉCARBONATION

Tout en ayant des besoins importants en chaleur, un grand nombre d’exploitations artisanales et industrielles présentent une grande quantité de rejets thermiques à un niveau de température faible. Cette situation offre un potentiel d’optimisation.

Au lieu de les rejeter dans l’environnement, voire de les « gérer » à grands frais, est-il possible d’exploiter ces rejets thermiques de façon rentable ? Par où une optimisation peut-elle débuter ? Ces questions sont loin d’être insignifiantes. Concernant la seconde, diverses approches existent. L’AEnEC propose six champs de mesures d’amélioration pour aider à se repérer sur la voie de la décarbonation. Ces champs doivent être compris comme formant un tout, sans être pris isolément. Les mesures d’amélioration de l’efficacité énergétique constituent la première étape sur la voie de la décarbonation. Sur cette base, il est ensuite possible de mettre en œuvre des changements dans les processus ou dans les technologies notamment, puis d’introduire l’utilisation de nouveaux agents énergétiques qui ne dégagent pas d’émissions : une mesure d’amélioration peut consister dans l’abandon de la vapeur au profit de l’eau très chaude ou, mieux encore, elle peut consister à abaisser encore les températures ou à employer ponctuellement un producteur (électrique) rapide de chaleur.  

L’une des clés de la décarbonation consiste dans la réduction de la température des processus et dans l’intégration des rejets thermiques. Avant de démarrer la planification des techniques à employer dans les processus et de prévoir leur association avec un système renouvelable de production de chaud et de froid, il faut inventorier tous les flux thermiques de l’exploitation. Pour ce faire, l’analyse du pincement ou analyse PinCH est idéale : elle fournit une vue d’ensemble de tous les flux énergétiques en indiquant de quelle manière ceux-ci peuvent être reliés entre eux au moyen de réseaux thermiques de froid et de chaud. Toutefois, en dépit d’appuis financiers, la mise en œuvre de l’analyse du pincement reste coûteuse, aussi est-elle intéressante surtout pour les exploitations intensives en énergie. L’AEnEC offre aux PME une solution alternative. Dans le cadre de son Plan Décarbonation, une application en ligne, elle propose une prise d’empreinte thermique, grâce à laquelle les entreprises disposent rapidement d’une vue d’ensemble annuelle de leurs rejets thermiques. Les flux de chaud et de froid sont aussi consignés et présentés sous une forme graphique claire. Les températures des processus sont un élément important dans la saisie des consommateurs thermiques. Pour améliorer la performance énergétique, il faut systématiquement répondre à la question d’une adaptation possible des températures (réduction pour la chaleur, relèvement pour le froid) : le processus nécessite-t-il 95 °C ou 85 °C sont-ils suffisants ? Est-il possible de faire passer les installations de vapeur à des températures plus basses, entièrement ou en partie ? Pour le froid, est-il possible de fournir 12 °C au lieu de 7 °C ? Existe-t-il d’autres technologies pouvant être employées pour les procédés ou les processus ?  

Lorsque les températures des processus ont été identifiées et optimisées, on peut passer au cœur de la démarche, l’empreinte thermique, qui fait apparaître le potentiel annuel de récupération de chaleur contenue dans les rejets thermiques. Le plus souvent, les rejets thermiques sont compris dans des flux d’air, de gaz ou de liquides, ou bien ils se présentent sous forme d’une chaleur rayonnante diffuse. Plus la température d’un processus aval susceptible d’utiliser des rejets thermiques est basse, plus les sources envisageables de rejets thermiques sont nombreuses. Ces rejets sont notamment émis par des machines de production ou des installations de production, par les eaux usées, par des installations de froid, par le refroidissement de salles de serveurs ou de moteurs ou par l’air extrait de halles de production. Toutefois, la température de la source des rejets thermiques doit être supérieure à la température nécessitée par les consommateurs thermiques. Plus l’écart entre les températures est important, et donc les puissances thermiques transférables sont importantes, plus l’utilisation des rejets thermiques est rentable. Le moment est alors venu de lier ces informations à celles qui concernent les étapes de production : les processus sont-ils prévus pour des lots, la production prévoit-elle un lot par jour ou plusieurs, ou bien s’agit-il de processus continus ? En fonction du type de processus, l’entreprise peut travailler avec une récupération directe de la chaleur ou alors avec un échangeur de chaleur. Elle peut aussi avoir besoin d’un accumulateur thermique qui conservera les rejets thermiques ou le froid durant une certaine période, avant le moment de leur utilisation. Si le niveau de température des rejets thermiques ne suffit pas pour une utilisation directe, ces rejets peuvent alors être utilisés comme source thermique pour une pompe à chaleur à haute température. Non seulement ce type de pompes fait l’objet de nombreux projets de recherche, mais elles sont aussi d’ores et déjà produites en série et disponibles auprès de divers producteurs.  

Si un système de production de chaleur renouvelable – un raccordement à un réseau de chaleur à distance, une chaudière à pellets ou à plaquettes de bois, une pompe à chaleur notamment – est dimensionné de la même manière qu’une chaudière à gaz ou qu’une chaudière à mazout, ce système sera inévitablement surdimensionné, cher et inefficace. En effet, les systèmes de production de chaleur renouvelables sont nettement plus coûteux par kilowatt de rendement thermique supplémentaire. Pour les chauffages à bois et les pompes à chaleur plus particulièrement, une exploitation continue, et non pas cadencée, est souhaitable. Il faut en effet tenir compte des gaz de fumée et de la production de particules fines pour les chauffages à bois et de pertes élevées au démarrage ou d’une charge mécanique élevée du compresseur pour les pompes à chaleur. ProCalor est un outil technique de dimensionnement intégré dans le Plan Décarbonation, l’application web de l’AEnEC. Cet outil calcule le dimensionnement correct de la nouvelle production de chaleur, et de l’accumulateur, pour réduire les pics de besoin.  

Que conclure pour les exploitations artisanales ou industrielles ? Les exploitations qui ont besoin de températures allant jusqu’à 120 °C environ peuvent théoriquement être entièrement décarbonées au moyen de technologies éprouvées. Pour des températures plus élevées, il sera difficile de faire l’impasse sur la biomasse ou sur de nouveaux agents énergétiques, comme des agents énergétiques renouvelables synthétiques notamment. Il faut maintenant que les connaissances disponibles soient largement mises en pratique, au moyen d’outils intuitifs et grâce aux conseils spécialisés fournis par des experts et expertes.

Stefan Eggimann

est chef du modèle PME de l’AEnEC, conseiller AEnEC et membre de la direction de Weisskopf Partner Sàrl, où il s’occupe plus particulièrement de projets industriels.

Philippe Goffin

est chef de projet de l’initiative « Science Based Targets iSBT » à l’AEnEC et travaille chez Weisskopf Partner.